锅炉集中控制系统设计

锅炉集中控制系统班级：电气08-11班姓名：***学号：7号日期：2010年11月7日1．燃煤锅炉的工作原理：首先除氧水通过给水泵进入给水调节阀，通过给水调节阀进入省煤器，冷水在经过省煤器的过程中被由炉膛排出的烟气预热，变成温水进入汽包，在汽包内加热至沸腾产生蒸汽，为了保证有最大的蒸发面因此水位要保持在锅炉上汽包的中线位置，蒸汽通过主蒸汽阀输出。

空气经过鼓风机进入空气预热器，在经过空气预热器的过程中被由炉膛排出的烟气预热，变成热空气进入炉膛。

燃料进入炉膛被前面的火点燃，在燃烧过程中发出热量加热汽包中的水，同时产生热烟气。

在引风机的抽吸作用下经过省煤气和空气预热器，把预热传导给进入锅炉的水和空气。

通过这种方式使锅炉的热能得到节约。

降温后的烟气经过除尘器除尘，去硫等一系列净化工艺通过烟囱排出。

锅炉微机控制系统，一般由以下几部分组成，即由锅炉本体、一次仪表、控制系统、上位机、手自动切换操作、执行机构及阀、电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转换成电压、电流等送入微机。

控制系统包括手动和自动操作部分，手动控制时由操作人员手动控制，用操作器控制变频器、滑差电机及阀等，自动控制时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。

微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，以免锅炉发生重大事故。

2．燃煤锅炉的组成锅炉按燃料种类分，大致有燃油锅炉，燃煤锅炉和燃气锅炉。

所有的这些锅炉，虽然燃料及供给方式不同，但其结构大同小异，蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相同的。

列举一个燃煤锅炉如图所示。

该系统所用的锅炉是以煤为燃料，两台20T/H的热水炉，一台10T/H的热水炉和一台6T／H蒸汽量的水管锅炉，属中小型锅炉。

以6T／H的蒸汽锅炉为例，工艺流程图所示，它由以下几个部分构成1．汽包：由上下锅筒和沸水管组成。

水在管内受管外烟气加热，因而在管簇内发生自然循环流动，并逐渐汽化，产生的饱和蒸汽聚集在锅筒罩面。

为了得到干度比较大的饱和蒸汽，在上锅筒还装有汽水分离设备，下锅筒做为连接沸水管之用，同时储存水和水垢。

2．炉膛：是使燃料充分燃烧并放出热能的设备。

煤由煤斗落在转动的链条炉蓖上，进入炉内燃烧。

燃烧所需要的空气由炉排下面的风箱送入，燃尽的残渣被炉蓖带到除灰口，落入灰斗中。

得到加热的高温烟气依次经过各个受热面，将热量传递给水后，经由烟囱排至大气。

3．省煤器：燃煤锅炉炉膛排除的烟气具有较高的温度，利用其热量可以加热进入汽包的冷水，一般省煤器由蛇形管组成。

4．空气预热器：继续利用离丌省煤器后的烟气余热，加热燃料燃烧所需要的空气的换热器。

热空气可以强化炉内燃烧过程，提高锅炉燃烧的经济性，提高锅炉热效率。

5．：JI Jxt设备：包括引风机、烟囱、烟道几部分，将锅炉中的烟气连续排出，保持炉膛的负压燃烧正常。

6．鼓风设备：由鼓JxL送风机、风道、风箱组成，供应燃料燃烧所需要的空气。

7．给水设备：由给水泵和给水管组成。

给水泵用来克服给水管路和省煤器的流动阻力和锅炉的压力，把水送入汽包中。

8．水处理设备：用来清除水中杂质和降低给水硬度，防止锅炉受热面上结水垢或腐蚀锅炉，从而提高锅炉的经济性和安全性。

9．燃料供给设备：由运煤设备、原煤仓和储煤斗等设备组成，保证锅炉所需燃料的供应。

10．除灰除尘设备：分别为收集锅炉灰渣并运往存狄场地及除去烟气中灰粒的设备，以减少对周围环境的污染。

3．燃煤锅炉的工作过程锅炉最基本的组成是汽锅和炉子两大部分。

燃料在炉子罩进行燃烧，将其化学能转化为热能，高温的燃烧产物一烟气通过汽锅受热面将热能传递给汽锅内温度较低的水，水被加热进而沸腾汽化，生成蒸汽。

以某高校锅炉房的锅炉为例，其工作概括起来应包括三个同时进行的过程1．燃料的燃烧过程：燃料煤加到煤斗中，借助于自重下落在炉排面上，炉排靠电动机通过变速齿轮减速后由链条来带动，将燃料煤带入炉内。

新煤入炉，经预热阶段后丌始着火，挥发物燃烧，同时焦炭也逐渐燃烧。

燃料一面燃烧，一面向后移动。

燃烧所需要的空气是由送风机送入炉体的JxL仓，向上通过炉排到达燃烧燃料层。

风量和燃料量要成比例，进行充分燃烧，形成高温烟气。

燃料燃烧剩下的灰渣，在炉排末端翻过除渣板后排入灰斗。

燃烧过程进行得完善与否，是锅炉『F常工作的根本条件。

要使燃料量、空气量和负荷蒸汽量有一一对应的关系，这就是根据所需要的负荷蒸汽量来控制燃料量和送风量，同时还要通过引风设备控制炉膛负压。

该过程的特点是时间常数和滞后时问都比较大，而且随着媒质、煤种及风量的改变，这两个参数将有很大的变化。

2．烟气向水(汽)等的传热过程：燃料燃烧所放出的热量使得炉内温度很高，高温烟气与布置在炉膛四周墙面上的水管进行强烈的辐射传热。

烟气将热量传递给管内的水后，由于引风机和烟囱的引力作用而向炉膛上方流动。

沿途降低温度的烟气最后进入尾部烟道，经省煤器和空气预热器进行热交换，以较低的温度排出锅炉。

3．水的汽化过程：对于蒸汽炉来说，经过处理的水由泵加压，先流经省煤器而得到预热，然后进入汽锅。

锅炉工作时，汽锅中的工作介质是处于饱和状态下的汽水混合物，它们位于烟气温度较低的对流管束中。

由于受较少，汽水混合物的容重较大；而处于烟气温度较高区的水冷壁和对流管束受热多，其相应工质的容重小：这样，容重大的工质向下流入下锅筒，而容重较小的工质则向上流入上锅筒，形成水的自然循环。

由于上锅筒内的汽水分离设备和锅筒本身空I'BJ内的重力分离作用，使汽水混合物得以分离。

4．燃煤锅炉的自动调节任务燃煤锅炉的任务是根据负荷要求，生产具有一定参数(压力和温度)的蒸汽和热水。

为了满足负荷设备的要求，保由锅炉本身运行的安全性和经济性，它主要实现下列自动调节任务：1．出水温度控制：出水温度控制同路即锅炉的炉排控制回路，它通过调节炉排转速即调节给煤量的多少来调节锅炉的出水温度。

锅炉出水温度是热水锅炉的最重要的参数，采用微机控制可有效克服人工控制的缺陷．微机内预存有各种室外温度下的标准供水温度及标准供水、回水温度差曲线，微机首先根据当的室外温度及一段时问的室外温度变化情况推算出室外温度的变化趋势，再由标准供水曲线上查得当j订锅炉的出水温度标准值，作为出水温度控制回路的给定值。

微机根据锅炉当前出水温度与给定值的偏差大小，通过内部的控制算法调节炉排转速大小，使锅炉出水温度逐渐达到标准值。

2．回水压力控制：回水压力主要是指在一次网循环过程中，被加热的水在换热站中完成热交换，将热量交换给二次网以后的低温水返回锅炉中，在网管中的压力。

回水压力的自动控制的目标是为了保证系统管道的安全性，通过控制补水泵和变频阀对回水压力进行控制。

加热引起的热膨胀作用，使管道内压力逐渐身高，到升高一定值时，丌启安全阀对系统泄压，避免由于管道压力过高引起的管道破裂或者损坏；在循环过程中，由于在管道中的泄漏情况，使的管道内压力逐渐降低，使的系统压力不足，影响供暖效果，需要丌启补水泵对系统进行补水，以提高系统的回水压力。

3．汽包水位控制：锅炉汽包水位自动控制的目标就是使给水量跟踪锅炉的蒸发量并维持汽包水位在工艺允许的范围内。

汽包水位是锅炉运行的主要指标，是一个非常重要的被控变量，维持汽包水位在一定的范围内足保证锅炉安全运行的首要条件。

这是因为：水位过低，则由于汽包内水量较少，而负荷却很大，水的汽化速度又很快，因而汽包内的水量变化速度很快，如果不及时控制，就会使汽包内的水全部汽化，导致锅炉烧坏和爆炸。

基T PLC的锅炉供热控制系统的设计水位过高会影响汽包的汽水分离，产生蒸汽带液的现象，会使过热器管壁结垢导致破坏，同时过热蒸汽温度急剧下降，该蒸汽作为汽轮机的动力，还会损坏汽轮机叶片，影响运行的安全和经济性。

汽包水位过高或过低的后果极为严重，所以必须严格加以控制。

本系统控制的汽包水位要求在20 z 10 cm之间。

当锅炉的蒸汽负荷突然加大时，蒸发量大于给水量，从汽包贮水量来看，汽包水位应该下降，但实际上，当蒸汽负荷增加时，虽然锅炉的给水量小于蒸发量，可水位不但不下降，反而迅速上升，这种特殊现象称为“虚假水位”现象。

“虚假水位”现象产生的原因主要是：蒸汽流量增加，汽包内的汽压下降，炉水的沸点降低，使炉管和汽包内的汽水混合物中的蒸汽容积增加，体积膨大，引起汽包水位上升. 4．蒸汽压力控制：蒸汽压力是衡量蒸汽供求关系是否平衡的重要指标，是蒸汽的重要工艺参数。

压力过高，会加速会属的蠕变；压力太低，不能提供负荷符合要求的蒸汽。

在锅炉运行过程中，蒸汽压力降低，表明负荷的蒸汽消耗量大于锅炉的蒸发量；蒸汽压力升高，说明负荷的蒸汽消耗量小于锅炉的蒸发量。

因此，控制蒸汽压力，是安全生产的需要，是维持负荷『F常工作的需要，也是保证燃烧经济性的需型201。

锅炉蒸汽压力的变化是由于热平衡失调引起的．而影响热平衡的因素主要是燃烧热和蒸汽热，燃烧热的波动引起的热平衡失调称为“内扰”，而蒸汽热波动引起的热平衡失调为“外扰”，为了克服内外扰对蒸汽压力的影响，在各个基本的单炉蒸汽压力控制系统中，输入到锅炉的燃烧热必须跟随蒸汽热的变化而变化．以尽量保持热量平衡同时根据蒸汽压力与给定值的偏差适当增减燃料量以增加或减少蒸压力。

5．炉膛压力控制：燃烧过程中，应使引风量和送风量相适应。

锅炉常运行中，炉膛压力应保持在微负压状态下。

负压过大，漏JxL严重，总的风量增加，烟气热量损失增大，不利于安全生产和环境卫生。

本系统控制的锅炉炉膛负压控制范围要求在⋯10 20Pa之问。

6．炉排转速控制：锅炉燃烧过程，用户需要的蒸汽量和蒸汽压力都不是不变的，用汽量有一个高峰和低谷消耗时期，为了能满足用户不同时段的用汽需求，给煤量的多少也要随之改变，即要控制炉排转速，调整燃烧给煤量。

7．维持经济燃烧：要使锅炉燃烧过程工作在最佳工况，提高锅炉的效率和经济性，关键问题是空气和燃料维持适当比例。

要使得燃烧过程中不出现燃料燃烧不充分而导致一氧化碳和冒黑烟的现象，这就需要快速而精确地对燃烧进行自动调节，使空气和燃料呈现最佳的配比。

综上所述，工业锅炉作为一个调节对象，是一个多输入，多输出，多回路，非线性的相互关联的对象。

所有这些特性是由锅炉本身的物理特性决定的。

因此，理想的锅炉自动控制系统应该是多回路的调节系统。

这样，当锅炉的运行状况发生变化或受到某一扰动后，系统会同时协调地动作，改变其调节量，使所有的被调量都具有一定的调节精度。

但这种调节十分复杂，实现起来相当困难。

事实上，工业锅炉的各个参数之间的耦合程度有大有小。

例如汽包水位受给水量、蒸汽流量以及汽包压力的影响比较大，而与送风量及引风量的关系则不是那么紧密。